• 熔融石英

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    熔融石英

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    熔融石英玻璃組成的二氧化硅在無定形(非結晶的)形式。它與傳統玻璃的區別在于不含其他成分,通常將其添加到玻璃中以降低熔融溫度。因此,熔融石英具有較高的工作和熔融溫度。盡管術語熔融石英和熔融石英可互換使用,但是熔融石英的光學熱學性質由于其純度優于熔融石英和其他類型的玻璃。由于這些原因,它可用于半導體等場合制造和實驗室設備。它比其他玻璃具有更好的紫外線透射性,因此可用于制造紫外線光譜的鏡片和光學器件。低的熱膨脹系數熔凝石英的使得用于精密反射鏡襯底的有用材料

    熔融石英

    熔融石英的制造

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    熔融石英是通過熔融(熔化)由石英晶體組成的高純硅砂制成的。商用石英玻璃有四種基本類型:

    • I型是通過在真空或惰性氣氛中感應熔化天然石英制成的。
    • II型是通過將石英晶體粉末在高溫火焰中熔化而制成的。
    • 通過在氫氣-氧氣火焰中燃燒SiCl?4來生產III型。
    • IV型是通過在無水蒸氣的等離子火焰中燃燒SiCl?4制成的。

    石英僅包含硅和氧,盡管商用石英玻璃通常包含雜質。最主要的雜質是鋁和鈦。

    融合

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    使用電加熱爐(電熔)或燃氣/氧氣燃料爐(火焰熔)在約1650°C(3000°F)的溫度下進行熔化。熔融二氧化硅可由幾乎任何富含硅的化學前體制成,通常使用連續過程,該過程涉及將揮發性化合物火焰氧化為二氧化硅,然后將所得粉塵進行熱熔(盡管使用了其他方法)。這產生了具有超高純度的透明玻璃,并改善了在深紫外線中的光學透射率。一種常見的方法是將四氯化硅添加到氧火焰中。

    產品質量

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    熔融石英通常是透明的。但是,如果允許將小氣泡滯留在其中,則該材料可能會變得半透明。含水量(因此熔融石英和熔融二氧化硅的紅外透射率)由制造過程確定。由于碳氫化合物和氧氣為爐子加油,火焰熔化的材料始終具有較高的水含量,從而在材料內形成羥基[OH]。IR級材料的[OH]含量通常低于10 ppm。

    熔融石英的應用

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    熔融石英的大多數應用都利用其寬的透明度范圍,該范圍從UV延伸到近IR。熔融石英是用于電信的光纖的關鍵原材料

    由于其強度和高熔點(與普通玻璃相比),熔融石英用作鹵素燈高強度放電燈的外殼,鹵素和高強度放電燈必須在較高的外殼溫度下工作才能實現高亮度和長壽命的組合。帶有硅膠套的真空管可以通過白熾陽極進行輻射冷卻

    由于其強度,熔融石英被用于深層潛水器皿,如浮球和底盤鏡。熔融石英還用于形成載人航天器的窗戶,包括航天飛機和國際空間站。

    強度、熱穩定性和UV透明性的結合使其成為用于光刻的投影掩模的極佳基材。

    它的紫外線透明性也可用于半導體行業。一個EPROM,或可擦除可編程只讀存儲器,是一種類型的存儲器的芯片時,其電源被切斷保持它的數據,但它可以通過暴露于強紫外光擦除。通過位于包裝頂部的透明熔融石英窗口可以識別EPROM,通過該窗口可以看到硅芯片,并且可以在擦除過程中將其暴露在紫外線下。

    由于熱穩定性和成分的原因,它被用于5D光學數據存儲半導體制造爐中。

    熔融石英具有用于制造xxx面反射鏡(如望遠鏡中使用的反射鏡)的幾乎理想的性能。該材料的行為可預測,并允許光學制造商在表面上進行非常平滑的拋光,并通過較少的測試迭代即可生成所需的圖形。在某些情況下,高純度紫外線等級的熔融石英已被用于制造特殊用途鏡頭的多個單個未鍍膜的鏡頭元件,包括Zeiss 105 mm f / 4.3 UV Sonnar(以前為哈蘇相機制造的鏡頭,和尼康UV-Nikkor 105 mm f / 4.5(目前出售作為尼康PF10545MF-UV)鏡頭。這些透鏡用于紫外線攝影,因為石英玻璃的消光率比用更常見的fl石或冠玻璃配方制成的透鏡低。

    可以對熔融石英進行金屬化和蝕刻,以用作高精度微波電路的基板,其熱穩定性使其成為窄帶濾波器和類似要求苛刻應用的理想選擇。介電常數比氧化鋁低,可以實現更高的阻抗走線或更薄的基板。

    熔融石英也是用于現代玻璃樂器(例如玻璃豎琴和大提琴)的材料,也用于歷史玻璃口琴的新版本。在這里,熔融石英具有卓越的強度和結構,比起歷史上使用的鉛晶體,它具有更大的動態范圍和更清晰的聲音。

    耐火材料的應用

    熔融二氧化硅作為工業原料,用于制造各種耐火形狀,例如坩堝、塔盤、護罩和輥,用于許多高溫熱處理,包括煉、熔模鑄造和玻璃制造。由熔融石英制成的耐火材料具有出色的耐熱沖擊性,并且對大多數元素和化合物(包括幾乎所有的酸)具有化學惰性,無論濃度如何,除了氫氟酸(即使在相當低的濃度下也具有很高的反應性)。半透明的熔融石英管通常用于在房間加熱器,工業爐和其他類似應用中包裹電氣元件。

    由于其在常溫下的機械阻尼低,因此可用于高Q諧振器,特別是半球形諧振器陀螺儀酒杯諧振器。

    當標準硼硅酸鹽玻璃不能承受高溫或需要高紫外線透過率時,化學實驗室有時會使用石英玻璃器皿。生產成本高得多,限制了其使用;它通常是直接暴露在熱中的單個基本元素,例如爐中的管子或燒瓶。

    物理性質

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    極低的熱膨脹系數,約為5.5?10?-7 / K(20 ... 320°C),說明其具有出色的承受較大的快速溫度變化而不會破裂的能力(請參閱熱沖擊)。

    熔融石英在強烈的紫外線照射下容易發生磷光和“日光化”(紫色變色),這在閃光燈中經常看到。“ UV級”合成熔融石英(以各種商品名出售,包括“ HPFS”,“ Spectrosil”和“ Suprasil”)具有非常低的金屬雜質含量,使其對紫外線更透明。厚度為1 cm的光學元件在170 nm波長處的透射率約為50%,而在160 nm處的透射率僅為百分之幾。但是,其紅外透射率受到2.2μm和2.7μm的強吸水率的限制。

    電熔的“紅外級”熔融石英(商品名“ Infrasil”、“ Vitreosil IR”等)具有更多的金屬雜質,將其紫外線透射波長限制在250 nm左右,但水含量低得多,可實現高達3.6μm波長的出色紅外傳輸。所有等級的透明熔融石英/熔融石英具有幾乎相同的機械性能

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    詞條目錄
    1. 熔融石英
    2. 熔融石英的制造
    3. 融合
    4. 產品質量
    5. 熔融石英的應用
    6. 耐火材料的應用
    7. 物理性質

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